Miniaturizzare i dispositivi a getto d'aria
Gli attuatori a getto sintetico (SLA, Synthetic Jet Actuator) sono dispositivi microfluidici che creano getti d'aria artificiali. Sono caratterizzati da un design semplice, costituito da una cavità con una membrana a un'estremità e un piccolo orifizio all'altra. La membrana viene fatta oscillare spingendo o estraendo il fluido attraverso l'orifizio e creando un vortice. Gli SJA sono stati ampiamente studiati per essere utilizzati come modulatori di flusso d'aria attivi negli aeromobili per migliorarne il sollevamento e ridurre la rumorosità. Gli scienziati hanno introdotto il progetto MSAM ("Micro synthetic jet actuator manufacturing"), finanziato dall'UE, per trasformare il concetto SJA in un micro-SJA basato sulla tecnologia dei wafer di silicio (Si). Questo consentirà di aumentare la velocità di uscita riducendo al contempo il peso complessivo. I ricercatori hanno ottimizzato i due sottosistemi, il sistema piezoelettrico trasduttore-microelettromeccanico (MEMS) per generare il flusso, la geometria complessiva della cavità e l'ugello di uscita per aumentare la velocità con modellazione e simulazione basata sul metodo dei parametri concentrati (LEM, Lumped Element Method). La cavità e il diaframma sono stati micro-lavorati e incollati ai wafer per formare l'attuatore. L'elemento in ceramica piezoelettrica è stato poi integrato nella sottile membrana di silicone micro-lavorata con un nuovo processo di assemblaggio per consentire la propagazione della deflessione con una perdita minima. La caratterizzazione ha dimostrato la capacità dei dispositivi micro-SJA di generare maggiori velocità di uscita rafforzandone l'uso nel controllo del flusso attivo. Gli scienziati MSAM hanno progettato, realizzato e testato con risultati positivi i micro-SJA utilizzando substrati in silicone e ceramica piezoelettrica. I risultati dei test di velocità confermano il principio di progettazione dei SJA sfruttando la microtecnologia e il processo di fabbricazione per i wafer in Si e l'efficace assemblaggio dei componenti di sistema. Il progetto ha inoltre contribuito con preziosi strumenti di modellazione micro-SJA precedentemente mancanti. Nel complesso, la tecnologia e gli strumenti del progetto sono destinati ad aprire la strada a numerose nuove applicazioni per la ceramica piezoelettrica e la tecnologia MEMS in campi come i microsistemi acustici e ottici e i sensori di movimento.